永磁同步电机—异步起动永磁同步电动机的电磁设计

    与感应电动机相比，异步起动永磁同步电动机虽有诸多性能方面的优点，但在产品种类、使用场合和设计技术的成熟度方面都存在一定差距。异步起动永磁同步电动机主要在要求高效节能的场合替代感应电动机，因此其设计的目标是：高功率因数、高效率、起动性能好、经济性好、工作可靠。异步起动永磁同步电动机设计就是根据产品规格、性能要求和外形尺寸要求等，结合国家标准和生产实际，运用有关设计理论与计算方法，设计出性能符合要求、可靠性高、经济性好的合格产品。其中电磁设计的主要任务是：确定转子磁极结构、定转子冲片尺寸、定转子绕组数据等设计参数以满足设计要求。

一、异步起动永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标

1．额定数据

异步起动永磁同步电动机的额定数据主要有：

( 1）额定功率尸N：额定运行时转轴上输出的机械功率。

( 2）额定电压UN：额定运行时的供电电压。

( 3）额定频率f：额定运行时的电源频率。

( 4）额定转速nN：额定运行时的转速。

2．主要性能指标

异步起动永磁同步电动机的主要性能指标有：( 1）额定效率伽。

( 2）额定功率因数cos蜘。

( 3）最大转矩倍数（失步转矩倍数）Tm／几：最大电磁转矩与额定转矩的比值，也称为过载能力。

( 4）起动转矩倍数Tst／与：起动转矩与额定转矩的比值。

( 5）起动电流倍数几t／如：起动电流与额定电流的比值。

( 6）最小转矩倍数几五。／介：起动过程中的最小转矩与额定转矩的比值。

( 7）牵人转矩倍数几i／介：牵入转矩与额定转矩的比值。

二、定子冲片尺寸和气隙长度的确定

当电机的转速一定时，极数确定，则定子槽数取决于每极每相槽数ql , ql对参数、性能影响较大。当ql较大时，定子谐波磁场减小，附加损耗降低；定子槽漏抗减小；槽中线圈边的总散热面积增大，有利于散热；绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率低。综合考虑，ql在2一6之间选择，取整数，极数少、功率大的，ql取大值；极数多的，q：取小值。对于常规用途的小功率永磁同步电动机，为提高零部件的通用性，缩短开发周期和成本，通常选用Y系列或YZ系列或Y3系列小型三相感应电动机的定子冲片。永磁同步电动机的气隙磁密高、体积小，可选用比相同规格感应电动机小一个机座号的感应电动机定子冲片。

在感应电动机中，为减小激磁电流、提高功率因数，通常使气隙长度尽可能小，而在永磁同步电动机中，功率因数可以通过调整绕组匝数和永磁体进行调整，气隙长度对杂散损耗影响较大，因此通常比同容量的感应电动机气隙长度大0 . 1一0 . 2～。在永磁体尺寸一定的前提下，适当增大气隙，对每极基波磁通影响较小。

三、定子绕组的设计

永磁同步电动机转子永磁体产生的磁场含有大量的谐波，感应电动势中谐波含量也较高，为避免三次谐波在绕组各相之间产生环流，三相绕组的连接通常采用Y形接法。

1．定子绕组型式和节距选择

与感应电动机一样，永磁同步电动机使用的绕组型式有单层绕组、双层绕组和正弦绕组等。其中单层绕组又分为同心式、链式和交叉式，区别在于端接形状、线圈节距和线圈之间的连接顺序。这些绕组形式各有其特点和适用场合。( 1）单层绕组。单层绕组的优点是：①槽内无层间绝缘，槽利用率高；②同一槽内导体属于同一相，不会发生层间击穿；③线圈数比双层少一倍，线圈制造和嵌线方便。但也存在缺点，如不能做成短距以改善磁场波形，主要用于160及以下机座。其中同心式绕组的端部用铜多，线圈尺寸不同，制造复杂，适用于ql一4 、 6 、 8的二极电机；链式绕组适合于ql -2的4 、 6 、 8极电机；交叉式绕组适合于q：为奇数的电机。

( 2）双层绕组。双层绕组的优点是：①可通过合理选择节距改善磁场波形；②端部排列整齐，线圈尺寸相同，便于制造。缺点是绝缘材料用量多，嵌线麻烦。主要用于180及以上机座号的电机。为肖。弱磁势及感应电动势中的5次、．了次谐波，通常选择节距，一晋r 。对于两极电机，为便于嵌线和缩短端部长度，除铁心很长的以外，取。

( 3）正弦绕组。正弦绕组的优点是谐波含量少、磁场波形好，但线圈尺寸、匝数不同，制作较复杂，主要用于对感应电动势波形要求较高的场合。